Softwarewerkzeuge der Bioinformatik WS05/06

Softwarewerkzeuge der Bioinformatik WS05/06
- Übungen #4 Phylogenetische Bäume mit ClustalW (http://www.ebi.ac.uk/clustalw/)
A) Guide tree ist nicht gleich phylogenetischer Baum
1. Finde unter Benutzung von SRS (http://www.srs.ebi.ac.uk) die Proteinsequenzen der
Acetylcholinesterase von Mensch, Maus, Ratte, Rind, Katze, Kaninchen und Huhn. (Tip: SRS
Feld Species)
Führe ein multiples Alignment mit ClustalW durch. Betrachte das Alignment: Ist überall
Konservierung zu erkennen? Welche Spezies unterscheidet sich auffällig von den anderen und
sollte daher die outgroup sein? Notiere den guide tree.
Speichere das Alignment-File (.aln) und benutze es als Eingabe für die folgende Aufgabe.
2. Zur Erstellung eines phylogenetischen Baums muß ClustalW ein multiples Alignment
vorgegeben werden, aus dem eine Distanzmatrix erstellt wird. Hier kommen die Optionen der
Rubrik PHYLOGENETIC TREE ins Spiel. Durch Wahl von dist bei TREE TYPE erhält man
die Distanzmatrix angezeigt. CORRECT DIST. on führt eine Korrektur der Distanzen nach
Motoo Kimura durch. Hintergrund ist, daß die Zahl der beobachteten Unterschiede (D) die
Zahl der tatsächlichen Mutationen unterschätzt: es kann mehr als eine Mutation pro Residue
aufgetreten sein. Daher wird die Zahl der Mutationen geschätzt durch die Formel
K = - ln (1 – D – (D² /5)). Dies bewirkt, daß Zweige gestreckt werden.
IGNORE GAPS on betrachtet zur Erstellung der Distanzmatrix nur solche Positionen, an
denen keine Sequenz ein gap hat, vergleicht also nur Aminosäuren untereinander. Vorteil: die
Bewertung von gaps gegen Aminosäuren ist nicht eindeutig, also werden solche Teile des
Alignments einfach ignoriert. Nachteile: das Alignment wird kürzer, d.h. es gibt weniger
Positionen, um die Distanz zu errechnen; außerdem entsprechen gaps Insertionen/Deletionen,
die durchaus etwas über die Evolution aussagen.
Der konstruierte phylogenetische Baum wird zunächst als Cladogramm dargestellt, in dem
alle Zweige gleich lang sind. Show as Phylogram Tree wandelt ihn so um, daß die Länge der
Zweige der Distanz entspricht, d.h. dem Prozentsatz der Mutationen, die seit der Aufspaltung
der beiden Spezies an der Gabelung (die dem gemeinsamen Vorfahren enspricht) ereignet
haben. Show Distances zeigt diese Entfernung als Zahl an.
Experimentiere mit verschiedenen Kombinationen von CORRECT DIST. und IGNORE
GAPS off/on. Worin unterscheiden sich die phylogenetischen Bäume vom guide tree und
untereinander und warum? Betrachte auch die Distanzmatrizen.
B) Konstruktion eines "Tree of Life"
Erstelle ein Alignment aller Cytochrome C Sequenzen, die in der UniprotKB/Swiss-Prot
Datenbank erhältlich sind (EntryName CYC_ - es sollten 115 Einträge sein) und konstruiere
daraus einen phylogenetischen Baum.
Welche biologischen Gruppen (Pflanzen, Pilze, Tiere, ...) kannst Du wiederfinden? (Tip: SRS
Feld Species)
Einige Abkürzungen:
ALLMI - Alligator mississippiensis, Alligator
APIME – Apis mellifera, Honigbiene
ASPNG - Aspergillus niger - Schimmelpilz
CAEEL – Caenorhabditis elegans, Fadenwurm (Nematode)
EUGGR – Euglena gracilis, Grünalge
GINBI – Ginkgo biloba, Ginkgobaum
HELAS – Helix aspersa, Schnecke
MACGI – Macropus giganteus, Känguruh
PONPY - Pongo pygmaeus, Orang-Utan
RANCA - Rana catesbeiana, Ochsenfrosch
SAMNI – Smbucus nigra, Holunderbaum
SCHGR - Schistocerca gregaria, Wüstenheuschrecke
SCHPO – Schizosaccharomyces pombe, Spalthefe
SPINOL – Spinacia oleracea, Spinat
TETPY - Tetrahymena pyriformis, Wimpertierchen
USTSP - Ustilago sphaerogena, Beulenbrandpilz
XENTR – Xenopus tropicalis, Krallenfrosch